機器人單雙絲自動焊在大型壓機超厚板復雜結構件焊接中的應用

劉 波，楊美青，李承華

（濟南二機床集團有限公司，山東 濟南 250022）

隨著機器人自動焊接技術的不斷發展，機器人自動焊接設備將逐步廣泛應用，針對壓力機大型超厚板復雜構件（如橫梁、底座和滑塊）具有單件尺寸大，噸位重，焊接強度高，工作環境惡劣，焊接周期長等特點，實現機器人自動化焊接則可有效提高焊接質量和效率。

如圖1所示，典型超厚板結構件尺寸參數如下：

工件尺寸 12000mm×5000mm×4200mm

工件噸位 通常40～70t，最大190t

最大板厚 50mm～170mm，坡口深度50mm

焊接方法 單雙絲熔化極氣體保護焊

圖1 超厚板復雜結構件

該系統采用大型半龍門結構，其結構特點解決了全龍門移動運行占地面積大的弊端，系統集成6軸機器人、外部4軸，共10軸系統，X軸采用同步雙驅運行，Y軸滑板帶動升降體左右移動，機器人倒裝升降端部，沿著Z軸長距離升降，剛性和穩定性好，配備機器人單雙絲焊接焊接系統和自動清槍和換槍裝置，自動切換，集成單雙絲中厚板焊接工藝，可超大型超厚板復雜構件實高速高效自動焊接生產，如圖2所示，具有焊接范圍廣、效率高、質量穩定等優點。

圖2 機器人焊接生產現場

1 大型半龍門結構

考慮大件焊接件占地面積大、移動難等特點，該裝備采用半龍門結構布局，如圖3所示，龍門跨距8000mm，龍門行走有效行程23000mm，Z軸（升降）有效行程3000mm，龍門移動采用伺服雙驅同步控制，各軸運動均采用大扭矩伺服電機驅動采用高精度齒輪齒條傳動和精密直線導軌導向，匹配6軸柔性焊接機器人，完全解決了大型壓力機結構件長直平坡口焊縫、角焊縫及圓弧焊縫的焊接，最大實現可焊工件尺寸達23m×6m×4.5m，同時可實現局部人工補焊和設備自動焊接工位協同生產，大幅提升生產效率。

圖3 大型半龍門結構布局

2 機器人焊接系統

機器人選用高精度6軸機器人，承載能力20kg，臂展半徑1811mm，重復定位精度可達0.05mm，配備具備起始點尋位、電弧跟蹤、多層多道焊、外部軸協調運動功能，最大限度的提升焊接質量，配置大扭矩機械防碰撞機構、全自動磁性換槍機構，實現單雙絲焊槍的自動切換，保證焊槍在不同復雜腔體空間內安全運行，提升設備使用效率。

3 全數字焊接系統

針對超厚板多層多道焊接，集成配套全數字雙絲焊接電源，實現了雙絲1.2mm（焊接電流900A）和單絲1.6mm（最大焊接電流達700A）的焊接工藝研究應用，焊接效率高、焊接質量穩定，單雙絲焊接通過協同軟件，實現不同焊接工藝的自由切換，如圖4所示，最大限度地提升了厚板多層多道雙絲焊接和窄間隙條件下單絲焊接的效率。

圖4 單雙絲轉換原理

4 超長距離送絲系統

針對大型焊接設備，因設備行程大，送絲距離長，優先采用高精度四輪送絲技術，如圖5所示，免維護，終端無需設置中繼送絲機，確保超長距離彎曲條件下高精度的穩定送絲，保證了焊接質量穩定性能。

5 無線遙控控制技術

針對大型結構件焊接特點，采用無線遙控控制技術，改變了傳統的機器人示教操作模式，有效提升了設備的安全性能和生產效率，通過無線控制可實現對機器人實現基本功能的控制，保證設備大件焊接示教過程的安全操作，避免示教操作需焊接工人在工件上往復穿梭、高低作業、勞動強度大、操作極為不便等問題。

通過機器人單雙絲自動焊接系統在壓力機大型超厚板結構件自動焊中的應用，研究掌握單雙絲厚板自動焊接技術，能夠大幅降低焊接工人的勞動強度，減小重型機械制造生產的成本，提高焊接生產效率和焊接質量，提高焊接生產的自動化水平，增強了大型結構件焊接在國內外市場上的競爭力，有效推動大型結構件焊接自動化及裝備制造業水平。

6 結束語

本文主要結合實際壓力機大型超厚板復雜構件焊接產品工藝特點和焊接要求，系統進行了方案和集成設計研究，詳細描述了單雙絲自動焊接系統基本構成和應用情況，為后期大型結構件機器人自動焊接系統研發和推廣提供可靠的基礎保證，該項目已經投入生產實際應用驗證并通過相關技術鑒定。